專利名稱：一種用于內錫法Nb₃Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法， 屬于超導材料加工技術領域，涉及一種內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管(加銅箔) 組元的加工方法。
背景技術：
近年來，由于Nb3Sn超導體高場特性，以及制備工藝的進一步改善，和高能物理 HEP和熱核聚變ITER的發(fā)展，給Nb3Sn超導材料的發(fā)展帶來了新的契機。因此，Nb3Sn超導體的研發(fā)進展迅速。Nb3Sn多芯復合線的制備工藝主要有青銅法，內錫法和粉末裝管法幾種。青銅法已經有20多年的發(fā)展歷史，由于其制備方法簡單，易于重復生產，可靠性較高，成本相對較低。錫青銅中Sn的固溶度較低(13.5Wt%)，造成最終的Nb3Sn超導體中Sn含量較低，影響其超導性能。而且，錫青銅的加工硬化較快，在加工過程中需要多次退火。內錫法克服了青銅法中Sn含量不足的缺點，提高了 Jc，也不需要中間退火，因而，被大規(guī)模生產所采用。 粉末裝管法制備材料超導性能良好，但由于但該工藝成本較高，且制備復雜，不適于大規(guī)模應用。目前，內錫法Nb3Sn的主要研究方向高Jc研究和低磁滯損耗研究為代表。兩個方向的本質區(qū)別在于超導體中Cu含量的不同，降低磁滯損耗需要大量的銅來分隔內部芯絲， 但這樣相對降低了超導相的含量，導致Jc下降。另外，Nb3Sn超導材料使用的阻隔層材料主要為Ta和Nb ；在相同條件下，使用Ta阻隔層比使用Nb阻隔層可有效降低磁滯損耗，因為部分Nb阻隔層會反應生成連續(xù)的Nb3Sn相，而這種連續(xù)搭接的Nb3Sn相是造成磁滯損耗的主要因素。所以，在相同工藝條件下，要降低磁滯損耗，Ta是內錫法Nb3Sn最佳的阻隔層材料選擇。通常在內錫法制備工藝中Ta管的制備中，先將Ta板在設備上卷制成具有一定尺寸的Ta管，然后進行去應力退火；這樣在由Ta管、亞組元、無氧銅管組成的Nb3Sn最終坯料加工時變形均勻，有利于Nb3Sn股線的后續(xù)加工以及性能的優(yōu)化穩(wěn)定。Ta板卷制成管加工質量的好壞直接影響著Nb3Sn股線的加工，因為在Ta的硬度大于遠遠其它組元的硬度， 且Ta管搭接處厚度為其它部分的1 2倍，加工難度大；另外，Ta的彈性模量為200Gpa，回彈性較大，在加工過程中要完全克服回彈，需要比較大的壓力壓力太大，造成Ta管劃傷嚴重；太小，則不足以成形。為保證加工的成品率及考慮加工的可行性，Ta板必須將搭接部分進行適當的倒角，選擇合適的壓力，并在設備上進行卷管，且需要適當的潤滑。在對Ta板卷管加工時，卷管的加工難度高，很容易造成嚴重的劃傷和夾雜，造成Ta管成品率低，增加生產成本
發(fā)明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法。技術方案一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，其特征在于步驟如下步驟1 將卷管機進行清潔，在物料架及入口處墊上干凈的紙；在輥輪上涂覆潤滑油；步驟2 將Ta板置于物料架上，以10mm/min-15mm/min速度進行卷管，當進行到中間輥輪時，插入中心支撐棒制成Ta管，然后進行徹底清潔烘干；步驟3 將無氧銅箔加工成圓弧狀，進行徹底清潔烘干；步驟4 在潔凈間將無氧銅箔插入到步驟2制成的Ta管的搭接縫處，放置于真空爐中，抽真空至10_3pa，300 400°C保溫1 2Hr，爐溫低于60°C出爐后得到Ta阻隔層管組元。所述Ta管的清潔為首先用汽油去除油污，然后用HF、HNO3和H2O的混合溶液進行清洗，清洗后用水漂洗。所述無氧銅箔的清潔為先用金屬清潔劑去除油污，然后用HNOdPH2O的混合溶液進行清潔，清洗后用水漂洗。有益效果本發(fā)明提出的一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，在制備步驟1中使用潤滑油，在Ta管搭接處加銅箔后有無氧銅緩沖層，有利于Nb3Sn最終坯料的加工并且減少了斷線次數，提高了內錫法Nb3Sn線材的成品率，適合于工業(yè)化大生產。在步驟中未使用潤滑油，且不加入無氧銅箔緩沖層時，Ta管內外表面都嚴重劃傷， 且表面有不易去除的、鑲嵌式微小Ta顆粒等，卷管成品率僅有40%，并且內錫法Nb3Sn股線的后續(xù)加工性差由于Ta管原因斷線次數為3 5次，且由成品Nb3Sn線材橫截面SEM照片觀察到，Ta管搭接區(qū)域Ta阻隔層破裂——導致外層無氧銅穩(wěn)定體受到污染，成品線材RRR 值小于標準要求。而本發(fā)明方法，由于在制備步驟1中使用潤滑油，在Ta管搭接處加銅箔后有無氧銅緩沖層，解決了 Ta管卷制加工過程中成品率低，內錫法Nb3Sn股線的后續(xù)加工以及性能的優(yōu)化穩(wěn)定的問題，適合工業(yè)化大生產。


圖1是本發(fā)明方法中Ta阻隔層管(加銅箔)截面結構示意圖；圖2是內錫法Nb3Sn最終坯料采用本發(fā)明方法加工后Ta管后的結構示意圖；1. Ta阻隔層管；2.無氧銅箔；3.無氧銅管基體；4.亞組元
具體實施例方式現結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述
步驟1，卷管前將卷管機徹底清潔，避免外來物夾雜，造成內錫法Nb3Sn成品率低；并在物料架及入口處墊上干凈的紙；在輥輪上涂好潤滑油，以減小Ta表面和輥輪間的摩擦力，從而減小Ta管表面劃傷；步驟2，將Ta板置于物料架上，調整好輥輪間配合，以10mm/min-15mm/min速度進行卷管。 當進行到中間輥輪時，插入中心支撐棒/管，中心支撐棒/管的尺寸應略小于卷管成形的尺寸，且表面應光潔；卷管時，需密切觀察每個輥輪的成形情況，適時對輥輪進行調整；如果有需要時，可進行逆向操作；將無氧銅箔放置于支撐棒/管上，將其加工成圓弧狀；步驟3，將步驟2卷制成的Ta管先用汽油去除油污，然后用HF、HN03和H2O的混合溶液進行清洗，清洗后用大量水充分漂洗，并烘干；無氧銅箔先用金屬清潔劑去除油污，然后用HNO3 和H2O的混合溶液進行清潔，清洗后用大量水充分漂洗，并烘干；烘干后在潔凈間將無氧銅箔緩緩插入到Ta管搭接處。步驟4，將步驟3加工后的Ta管(加銅箔)放置于真空爐中，抽真空至X10_3Pa，300 400°C保溫1 2Hr，進行去應力退火，爐溫低于60°C出爐后即完成。即得到本發(fā)明內錫法 Nb3Sn線材制備中的Ta阻隔層管(加銅箔)。實施例1使用成品Ta板，進行邊部倒角處理，在步驟1中使用潤滑油，但步驟3中不加入緩沖層——無氧銅箔。在卷管設備上加工時，Ta管內外表面劃傷基本上消除，且表面沒有觀察到不易去除的、鑲嵌式微小Ta顆粒等。采用本方法的卷管成品率達到95%以上，內錫法 Nb3Sn股線的后續(xù)加工性得到明顯改善，由于Ta管原因斷線次數降低為1 2次，且由成品 Nb3Sn線材橫截面SEM照片觀察到，僅極少量成品線存在Ta管搭接區(qū)域Ta阻隔層破裂現象——導致外層無氧銅穩(wěn)定體受到污染，成品線材RRR值小于標準要求。實施例3使用成品Ta板，在步驟1中使用潤滑油，步驟3中加入緩沖層——無氧銅箔。在設備上加工時，Ta管內外表面劃傷基本上消除，且表面沒有觀察到不易去除的、鑲嵌式微小 Ta顆粒等。采用本方法的卷管成品率達到95%以上，內錫法Nb3Sn股線的后續(xù)加工性得到明顯改善，基本上不存在由于Ta管原因造成斷線，且由成品Nb3Sn線材橫截面SEM照片觀察到，由于緩沖層無氧銅箔的存在，Ta管搭接處變形均勻，無破漏現象出現，成品線材RRR值超過了標準要求。從實施例2-實施例3可以看出，采用本發(fā)明加工的Ta阻隔層管(加銅箔)組元， 完全滿足內錫法Nb3Sn的使用要求，有利于股線的加工及性能的穩(wěn)定，且加工的成品率可達到95%以上，有效控制了產品成本，適合于大批量穩(wěn)定化生產。
權利要求
1.一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，其特征在于步驟如下步驟1 將卷管機進行清潔，在物料架及入口處墊上干凈的紙；在輥輪上涂覆潤滑油；步驟2 將Ta板置于物料架上，以10mm/min-15mm/min速度進行卷管，當進行到中間輥輪時，插入中心支撐棒制成Ta管，然后進行清潔烘干；步驟3 將無氧銅箔加工成圓弧狀，進行徹底清潔烘干；步驟4 在潔凈間將無氧銅箔插入到步驟2制成的Ta管的搭接縫處，放置于真空爐中， 抽真空至10_3Pa，300 400°C保溫1 2Hr，爐溫低于60°C出爐后得到Ta阻隔層管組元。
2.根據權利要求1所述用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，其特征在于對步驟2中的Ta板進行倒角。
3.根據權利要求1所述用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，其特征在于所述Ta管的清潔為首先用汽油去除油污，然后用HF、HN03和H2O的混合溶液進行清洗，清洗后用水漂洗。
4.根據權利要求1所述用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，其特征在于所述無氧銅箔的清潔為先用金屬清潔劑去除油污，然后用HNO3和H2O的混合溶液進行清潔，清洗后用水漂洗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內錫法Nb3Sn超導線材制備中Ta阻隔層管組元的加工方法，技術特征在于將卷管機進行清潔，在輥輪上涂覆潤滑油；將Ta板置于物料架上進行卷管，當進行到中間輥輪時，插入中心支撐棒制成Ta管，然后進行徹底清潔烘干；將無氧銅箔加工成圓弧狀清潔烘干；在潔凈間將無氧銅箔插入到步驟2制成的Ta管的搭接縫處，放置于真空爐中得到Ta阻隔層管組元。本發(fā)明方法，由于在制備步驟1中使用潤滑油，在Ta管搭接處加銅箔后有無氧銅緩沖層，解決了Ta管卷制加工過程中成品率低，內錫法Nb3Sn股線的后續(xù)加工以及性能的優(yōu)化穩(wěn)定的問題，適合工業(yè)化大生產。
文檔編號H01B12/00GK102298995SQ201110257609
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權日2011年9月1日
發(fā)明者萬小波, 劉建偉, 孫霞光, 張平祥, 李建峰, 李春廣, 管軍強, 肖成舉 申請人:西部超導材料科技有限公司